Aşınma Mekanizmaları

Endüstriyel çalışmalarda karşılaşılan aşınmalar geniş ölçüde sınıflandırılabilmektedir. Bu sınıflandırma grupları ve endüstriyel olarak meydana gelen aşınma miktarları Tablo 2.3’te gösterilmiştir. Ayrıca aşınma nadiren tek bir etken sonucu meydana gelmektedir. Bir aşınma türünün diğerine dönüştüğü veya iki ve daha fazla aşınma mekanizmasının beraber çalıştığı durumlar mevcuttur (Eyre 1978).

Tablo 2.3: Endüstriyel Makinalarda Meydana Gelen Aşınma Türleri ve Yoğunlukları (Eyre 1978)

Aşınma Türü Aşınma Miktarı

Abrazyon aşınma %50

Adhezyon aşınma %15

Erozyon aşınması %8

Titreşim (Fretting) aşınması %8

Kimyasal aşınma %5

Literatürde adhezyon, abrazyon, erozyon, kırılma, yorulma, darbe, plastik deformayon, kavitasyon ve oksidasyon olmak üzere daha birçok aşınma çeşidinden bahsedilmektedir. İçten yanmalı motor parçaları arasında meydana gelen ve motor parçalarının yüzeylerinde hasara yol açan aşınma türleri Tablo 2.4’te sıralanmıştır (Cesur 2008). Ayrıca bu aşınma türlerinin çalışma mekanizmaları Şekil 2.15’te gösterilmiştir.

Tablo 2.4: İçten Yanmalı Motorlarda Meydana Gelen Aşınma Türleri (Cesur 2008) 1 Adhezyon aşınması

2 Abrazyon aşınması

3 Yorulma aşınması

32

Şekil 2.15:Aşınma Türlerinin Çalışma Mekanizması (Kato ve diğ. 2015)

2.3.1.1 Adhezyon (Yapışma) Aşınması

Adhezyon aşınması, birbiri ile temas halinde olan sürtünme yüzeylerinin, sahip olduğu karşıt pürüzler arasında meydana gelen kaynak nedeniyle oluşan mikro bağlantıların bir sonucudur. Sürtünme esnasında temas eden noktalara uygulanan yük o kadar yüksektir ki bu sürtünme noktaları deforme olurlar ve birbirleri ile mikro bağlantılar oluşturarak birbirlerine yapışırlar. Sürtünme esnasında karşılıklı temas halindeki gövdelerin hareketi mikro bağlantılar kopmasına neden olur. Böylece sürtünme yüzeyindeki malzemenin belli bir kısmı karşı gövdeye aktarılır (Jackson 2006). Adhezyon aşınmasının çalışma mekanizması Şekil 2.16’da gösterilmiştir.

Şekil 2.16: Adhezyon Aşınması Çalışma Mekanizması (Olomolehin 2009)

Bu tür aşınmalar yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşullarında meydana gelirler. Yıpranma şekli, iki düz gövdenin üst üste kayması veya bir yüzeyin diğerine yapışmasıyla oluşur. Burada molekül düzeyinde yakın etkileşimden kaynaklı güçlü yapışma kuvveti yani adhezyon kuvveti meydana gelir. Bu çalışma şartlarında, aşınma ile kopan parçacıklar yumuşak yüzeyden adhezyon kuvvetinin etkisiyle çekilir ve daha sert olan yüzeye kaynar (Lakshminarayanan ve Nayak 2011; Takadoum 2008).

33

2.3.1.2 Abrazyon Aşınma

Abrazyon aşınması birbiri ile bağıl hareket eden daha sert bir yapıdaki malzemenin daha yumuşak bir yapıdaki malzeme ile arasında oluşan etkileşimdir. Etkileşim halinde çalışan sert malzemenin yüzeyindeki pürüzlülük veya düzensizlikler, yumuşak malzemenin yüzeyinde çizik, yiv ve malzeme koparılması gibi olayları meydana getirir (Takadoum 2008; Timur 2017). Tornalama ve kesme gibi endüstriyel anlamdaki mekanik şekillendirme işlemleri plastik deformasyon biçiminde meydana gelen aşınmalar, abrazyon aşınmasına örnektir.

Bağıl hareket eden yüzeylerin sayısına göre abrazyon aşınması Şekil 2.17’de gösterildiği gibi iki ya da üç farklı yüzey etkileşimine göre sınıflandırılabilir. İki gövdeli aşınma ve üç gövdeli aşınma olarak iki tür abrazyon aşınması mevcuttur. İki gövdeli aşındırma da sürtünme yüzeylerinden biri diğerine göre daha sert veya yumuşak olduğu aşınmadır. Bu sürtünme de sertlik değeri yüksek olan yüzey diğer yumuşak yüzeyde girintiler oluşturur. Üç gövdeli aşındırma ise sürtünme yüzeyleri arasında sert parçacıklar mevcuttur. Bu sert parçacıklar, temas halinde çalışan hareketli yüzeylerin birinden veya ikisinden malzeme kazıyabilmektedir (Olomolehin 2009).

Şekil 2.17:İki ve Üç Parçalı Abrazyon Aşınması (Olomolehin 2009)

Mikro düzeydeki abrazyon aşınması kesme (Cutting), çatlama (Cracking) ve kazıma (Plough) olaylarından herhangi biri ile sonuçlanır.

34

2.3.1.3 Korozyon (Tribokimyasal) Aşınması

Korozyon aşınması, etkileşim halinde çalışan yüzeylerden tribokimyasal reaksiyonlar ile devamlı olarak bir katmanın çıkarılmasıyla meydana gelen aşınmadır (Ussa 2016). Korozyon aşınması, belirli bir reaksiyon için çalışma koşullarına bağlı olarak ıslak korozyon ya da kuru korozyon olabilir. Islak korozyon genellikle su benzeri sıvı haldeki çözelti içerisindeki bazı çözülmüş maddeler ile oluşur. Bu da çalışma koşulları olarak asidik bir ortam meydana getirir ve yüzey üzerinde aşınma reaksiyonları oluşturur. Kuru korozyon veya oksidasyonda ise, havadaki oksijen ya da azot gibi kuru gazların metal ile reaksiyona girmesiyle meydana gelir. Tipik olarak kuru korozyon ıslak korozyon kadar zarar verici değildir ancak kuru korozyon sıcaklığa çok duyarlıdır. Alev içerisine bir parça temiz demirin bir süre tutulması ile yüzeyinde bir oksit tabakasının oluşması kuru korozyona güzel bir örnektir. Çalışma ortamı ve koşulları korozyon aşınmasında oldukça önemli olduğu için hareketli mekanizma tasarlamalarında bileşen tasarlamadan önce malzeme seçimine dikkat edilmesi gerekmektedir. Korozyon aşınmasında, korozyon ve aşınma iki ayrı mekanizmadır ve bu iki ayrı durum aynı anda meydana gelirse durum her iki aşınmanın birleşik etkisinden daha kritik olabilir (Upadhyay ve Kumaraswamidhas 2018).

Metalik malzemeler yapısında bulunan alaşım elementlerinin miktarına göre yüzey tabakasında yaklaşık 0,1 mikron kalınlıkta doğal bir oksit tabakası bulundurur. Yüzeyinde bulunan bu tabaka ile metalik malzemeler korozif çalışma koşullarına karşı direnç gösterirler. Temas yüzeylerindeki etkileşimler sonucunda sürtünme yüzeylerinde malzeme kaybına ve bunun sonucunda da yüzeydeki oksit tabakasının kalkmasına neden olur. Devam eden sürtünme kuvvetlerinin etkisiyle oksit tabakaları kendini onaramaz ve oluşan durum ile malzemede meydana gelen hasar sonucu korozyon aşınması meydana gelir (Cesur 2008). Korozyon aşınması boyunca malzeme tabakalarının çıkarılması ya da aşınma oranı, kimyasal reaksiyon hızı ile doğru orantılı olarak meydana gelir (Olomolehin 2009). En yaygın korozyon aşınma şekli oksidasyondur. Korozyon aşınmasında çoğu metal hava ya da sudaki oksijenle reaksiyon meydana getirerek oksit oluşturur (Lakshminarayanan ve Nayak 2011).

35

2.3.1.4 Yorulma (Pitting) Aşınması

Yorulma aşınması, tekrarlanan veya döngüsel yükleme altında birbirine temas eden malzeme yüzeylerinde meydana gelen gerilimlerden kaynaklanmaktadır (Ussa 2016). Etkileşim halinde çalışan yüzeylerin, yüzey alanlarında bu gerilmeler çatlak oluşumu ve o alandan malzemenin kopması yani o bölgenin çukurlaşmasıyla sonuçlanır. Yorulma aşınması malzeme yüzeyinde meydana gelen yorgunluk stresinden dolayı oluşmaktadır. Yüzey yorgunluğu, etkileşim halinde çalışan yüzeyler arasında devamlı olarak tekrarlanan yuvarlanma, kayma gibi yüklerin sonucunda ortaya çıkar. Bu yüklerin devamlı olarak yüzeye uygulanması yüzeye yakın bölgelerde gerilmelere ve çatlakların başlamasına neden olur. Zamanla bu çatlaklar yüzeyden bir miktar malzeme ayırır ve aşınmaya katkıda bulunabilecek yeni parçaların oluşmasına ve yüzeyde malzeme dökülmesinden kaynaklı aşınmanın da artmasıyla, yüzeyin hızlı bir şekilde bozulmasına neden olur (Tung ve diğ. 2006).

Yorulma aşınmasında malzemenin başarısızlığını tanımlamak için Şekil 2.18’de gösterildiği gibi beş aşama vardır. İlk olarak parçalar birbirine yaklaşır ve yüzey pürüzlerinden birbiriyle temasa geçer. İkinci aşamada tekrarlanan yükler altındaki temas noktalarının yakınlarında çatlaklar oluşmaya başlar. Üçüncü olarak bu çatlaklar yüksek gerilimlerden kaynaklı yayılarak etki alanını genişletir. Dördüncü aşamada ilerleyen bu çatlaklar malzemenin sınır bölgesine dayanır ve malzeme daha fazla yük taşıyamaz hale gelir. Beşinci ve son aşamada yorulma aşınması denilen olay meydana gelir ve bu kısım ana parçadan ayrılır (Upadhyay ve Kumaraswamidhas 2018).

36